Akira Yoshino hat Lithium-Ionen-Batterien mit flüssigem Elektrolyt zur Serienreife gebracht. Die Technologie dominiert bei modernen Elektroautos, die Branche arbeitet aber bereits an potenziellen Nachfolgern mit besseren Eigenschaften. Eine vielversprechende Lösung sind Batterien mit festem Elektrolyt. Yoshino hat im Gespräch mit Springer Professional erklärt, wie er den aktuellen Stand sieht.
Der größte Vorteil von Festkörper-Batterien sei, dass ihre thermische Stabilität höhere Betriebstemperaturen ermögliche. Bei E-Autos sei dadurch der Einsatz ohne das Kühlsystem für die Batterie möglich, so Yoshino. Festkörper-Akkus gelten langfristig als sicherer und leistungsstärker als die aktuell in Elektroautos eingesetzten Produkte. Es gibt jedoch Herausforderungen, eine davon laut Yoshino: Der Widerstand an der Elektrode beziehungsweise an der Festkörperelektrolyt-Grenzfläche sei zu hoch, was ein schnelles Laden und Entladen behindere. Die Volumenausdehnung in den Einlagerungsmaterialien sei ebenfalls eine Hürde: „Wenn sich die Batterie ein wenig ausdehnt oder schrumpft, besteht die Gefahr, dass der Oberflächenkontakt abbricht, sodass kein Ladungstransport mehr stattfindet“, erklärte der Experte.
Weltweit forschen Institutionen und Unternehmen verschiedener Branchen an Festkörper-Batterien. Wann der Serieneinsatz in Elektroautos möglich sein wird, ist umstritten. Während einige auf einen nahenden Durchbruch hoffen, gehen andere erst für 2025 oder später von einer breiten Verwendung in Automobilen aus. Yoshino glaubt, dass sich großformatige Festkörper-Batterien, wie sie für Pkw benötigt werden, noch im Anfangsstadium der Entwicklung befinden.
Als Vorreiter bei Akkus mit festem Elektrolyt gilt unter den Autoherstellern Toyota. Die Japaner wollten eigentlich im Rahmen der diesjährigen Olympischen Sommerspiele in Tokio den aktuellen Stand vorstellen, wegen der Coronavirus-Pandemie fand dies allerdings nicht statt. Yoshino zufolge hat Toyota die Tests bereits abgeschlossen. Dennoch handelt es sich bei dem laut Insidern für 2025 anvisierten Praxiseinsatz nach Meinung des Fachmanns nur um einen Prototyp oder eine Kleinserienproduktion für die weitere Erprobung. Für den Erfolg der Festkörper-Batterie werde aber die Massenproduktion entscheidend sein.
Eine konkrete Prognose für die Verfügbarkeit von Elektroautos mit Festkörper-Batterie machte Yoshino nicht. In der Automobilbranche geht man davon aus, dass in den nächsten Jahren weiter Lithium-Ionen-Batterien mit flüssigem Elektrolyt eingesetzt werden. Die aktuellen Produkte haben noch Verbesserungspotential, das hat zuletzt Porsche bekräftigt. Der Mutterkonzern Volkswagen baut sich aktuell eigenes Akku-Know-how auf, zusammen mit dem schwedischen Startup Northvolt sollen in Salzgitter Lithium-Ionen-Akkus mit flüssigem Elektrolyt produziert werden. Flankierend treiben die Wolfsburger mit dem US-Startup QuantumScape die Serienreife von Festkörper-Technnologie voran. Auch Daimler und Startups wollen die neuen Akkus möglichst schnell in Pkw einsetzen – wann es tatsächlich so weit sein wird, bleibt abzuwarten.
Dr.-Ing. Klaus D. Beccu meint
Da derzeit Li-Ion basierte Zellen und Batterien – auch die hier in Europa in E-Auto eingebauten – nahezu ausschliesslich aus Asien (Korea, Japan, etc..) kommen, wird ein wichtiges Problem hier selten erörtert: die enormen CO2 -Emissionen (ca. 2 T pro 30 kWh Batterie) bei ihrer Produktion. Dies ist auch einer der kritischen Punkte bei der im Bau befindlichen GIGA-TESLA – Produktionsanlage in Grünheide bei Berlin (geplant: 500’000 E-Autos pro Jahr). Ursprünglich waren nur die Autos geplant. Kürzlich hat Elon Musk nun entschieden, auch die Batterien in Grünheide herzustellen. Bisher keine Antwort von ihm, wie vermieden werden kann, dass die Gigaplant auch zur zentralen CO2-Schleuder in Europa wird, bevor eventuelle neue Produktions-Verfahren der Batterie – Herstellung weniger CO2 als Nebenprodukt emittieren. Leider hört man nie welche Verfahrens-schritte diese hohen Emissionen bewirken, nur, dass schon alles getan wurde, um den CO2 Ausstoss zu verringern
Jörg2 meint
Ahhh! Endlich neue Textbausteine!
Das Alte war ja nun wirklich ausgelutscht.
Wie schafft man denn den Sprung von behaupteten CO2-Belastungsmengen in China zu einer noch in Bau befindlichen Fabrik in D?
Ganz großes Kino!
„Ing.“: eigentlich sollten man wissenschaftliches Arbeiten und, im Idealfall Publizieren, gelernt haben. Da ist bei Deinen Beiträgen irgendwie Luft nach oben.
Welchen CO2-Ausstoß wird die GIGA-Berlin haben?
Welchen Fragen von Dir an TESLA wurden bisher nicht beantwortet und warum sollten sie?
Wieso wird gerade dieser Industriestandort die „zentrale CO2-Schleuder in Europa“?
Ein paar diskusionswürdige Zahlen und Fakten würde ich mir wünschen.
Paul meint
Batterien sollten im Baukastenprinzip austauschbar sein, sodass Neuentwicklungen genutzt werden können. Hier wäre eine Batteriemiete von Vorteil.
NiLa meint
Muss ja nicht zur Miete sein. Mir schwebt da eher ein Pfandsystem vor.
Feststoffbatterien, wenn sie denn halten, was sie versprechen, könnten irgendwann auch die Rettung für Oldtimer sein. Auch wenns weh tut, den originalen Motor herauszunehmen.
Egon Meier meint
das gibt Renault jetzt gerade auf .. vielleicht kriegst du noch eine Mietakku.
Tesla-Z meint
Sollten nicht schon dieses Jahr zur Olympiade Autos mit Feststoffbatterie rumfahren? Die Pressemeldung von Toyota habe ich noch irgenwo im Hinterkopf.
Peter W meint
Wahrscheinlich sind sie froh, dass das ein Jahr verschoben wurde.
Ein Aluhutträger könnte glauben, Toyota hätte zu diesem Zweck Corona freigesetzt.
Egon Meier meint
Ja.. auch Toyota kann nicht übers Wasser wandeln und nirgendwo steht ein Testfahrzeug zur Verfügung – von denen die für Olympia gedacht waren – um die Überlegenheit japanischen Ingenieurwesens zu demonstrieren.
Ja .. sie müssen doch irgendwo rumstehen.
Wer versteckt sie denn bloß? Und warum?
Thrawn meint
Man könnte ja übergangsweise Festoffraketen einbauen. Hat das nicht Tesla mit dem Roadster spaßhalber gemacht?
Thrawn meint
ups… ich meinte „Feststoffraketen“
alupo meint
„Der größte Vorteil von Festkörper-Batterien sei, dass ihre thermische Stabilität höhere Betriebstemperaturen ermögliche.“
Was man hier unbrdingt noch ergänzen muss ist, dass die Hitze aufhrund drs deutlich höheten Innenwiderstandes den Wirkungsgrad der Zelle reduziert. Und weniger Wirkungsgrad bedeutet auch höhete Stromkosten. Wollen wir das?
Natürlich ist es nett, wenn eine Zelle 500 Grad Celsius aushalten würde, aber was für einrn praktischen Nutzrn hat man davon, wenn jede Fahrt damit doppelt so teuer wird.
Ich finde dennoch, dass an der Feststoffzelle weiterhin geforscht werden sollte (im Gegensatz zur Brennstoffzelle, dort ist alles hineingesteckte Geld verloren), aber vor 2030 würde ich nicht mit einer massenproduktionstauglichen Zelle rechnen. Und ob Toyota mit einem damit ausgestatteten Auto herumfährt ist völlig inerheblich, denn niemand bezweifelt, dass es sie gibt. Bezweifelt wird ihre aktuelle Praxistauglichkeit.
Sepp Gruber meint
Lieber Alupo!
Das ist eine sehr pauschale Aussage. Wenn du Zahlen hast, um wieviel der Innenwiderstand sich vergrößert, hätte dein Post Sinn, so nicht.
Wenn man bedenkt, dass alle verlorene Energie durch schlechten Wirkungsgrad in Wärme umgewandelt wird, dann käme es nach deinem Szenario zu glühenden Akkus.
Das wäre einfach nicht praktikabel, weil man keine längere Passstraße mir mindestens 50 kW Leistungsbedarf bewältigen könnte, wenn der Wirkungsgrad schlechter als 80% sein sollte (10 kW in die Heizung des Akkus)
Bitte solche Kommentare mit Zahlen untermauern – tut nicht weh!
Peter W meint
Also ich meine Alupo hat Recht. Schließlich behaupten Brennstoffzellenfreunde ja auch, dass die überschüssige Wärme die Reichweite verlängert, weil man keinen Strom zum Heizen braucht. Dann passt das doch mit den heißen Akkus :-))
Effendie meint
Der Innenwiderstand ist der Faktor ob ich eine große Kapazität hab oder Hochstromfähig bin. Große Kapazität hoher Innenwiderstand — Hochstromfähig niedriger Innenwiderstand.
Der größte Vorteil von Feststoff ist eher, das keine Temperaturregelung und Überwachung nötig ist. Und durch das ohmische Gesetz ist ein niedriger Innenwiderstand immer besser.
Torsten meint
„Der größte Vorteil von Feststoff ist eher, das keine Temperaturregelung und Überwachung nötig ist. “
Das erzählen Sie bitte mal den Evobus-Leuten, die ja demnächst bereits Elektrobusse mit „Feststoffbatterien“ ausliefern werden…
:-)
Peter W meint
Das Warten auf den Festkörperakku behindert die E-Mobilität. Viele sind der Meinung dass man besser noch warten sollte. Wer immer auf Besseres wartet, wartet ewig. Die Erfahrung bei der Brennstoffzelle, die seit 30 Jahren als „bald serienreif“ und damit auch preiswert angepriesen wird, zeigt, dass Warten ein Fehler ist und den Fortschritt behindert.
stdwanze meint
Warten war eine „Option“ als E Autos 100 km real schafften (Leaf). Dann zeigte Tesla das es besser geht. Ich finde jeder sollte so lange warten wie er will, aber dann nicht nachher schreien das die Fördertöpfe schon leer sind. BEVs sind alltagstauglich und werden über gebühr gerade gefördert. Wer es sich leisten kann sollte sich hier seine Steuergelder zurückholen und eines kaufen/leasen.
GeHa meint
Ich glaub der einzige deutsche Hersteller der seine damaligen Aussagen ernst nimmt ist BMW – die warten mit neuen E-Autos wirklich solange, bis die Festkörperbatterie da ist. Das warten wird – gerader aktuell – von gelegentlichen Ankündigungen in 5 Jahren jetzt aber echt reine BEVs zu bauen aufgelockert.